Španielski vedci zistili, že keď sú myši geneticky upravené, dĺžka telomérov v ich bunkách sa zvyšuje. To im umožňuje predĺžiť ich život, je však potrebné ísť na nejaké triky, aby sa skutočné monštrum neobjavilo na svete. „Lenta.ru“hovorí o rizikovej metóde omladzovania starých buniek.
Teloméry sú konce chromozómov, ktoré sa tvoria opakovaním úsekov DNA, ktoré sa skladajú zo šiestich nukleotidov (TTAGGG). Napriek ich zjavnej zbytočnosti plnia veľmi dôležitú funkciu. Faktom je, že keď sa bunky delia, chromozómy sa začínajú kopírovať, ale tento proces neprechádza bez stopy po nich. V nových chromozómoch sú konce vždy o niečo kratšie ako v rodičovských. Teloméry zohrávajú úlohu ochranných krytov, pretože nenesú dôležité genetické informácie.
S každou generáciou buniek sa však teloméry stále viac skracujú, až kým nenastane kritický okamih, ktorý sa nazýva Hayflickov limit. Bunky, ktoré dosiahli túto hranicu, sa už nerozdeľujú a nezomierajú.
Niektoré bunky (kmeň, pohlavie a iné) sú schopné zväčšiť dĺžku svojich telomérov. Je to spôsobené enzýmom nazývaným endogénna telomeráza. Pridá rovnaký fragment TTAGGG na koniec chromozómov a ak zvýšite jeho množstvo v bunkách, môžu sa neurčito deliť a prekonať Hayflickov limit.
Kmeňové bunky v dospelom tele tiež postupne starnú, pretože sa v nich nevytvára príliš veľa telomerázy. Nestačí však, aby živé organizmy existovali mnoho rokov a hojili ich rany znova a znova.
Po poškodení biologického tkaniva sa začne proces jeho regenerácie. Kmeňové bunky sa delia na normálne somatické bunky. Takéto „potomstvo“nielen stráca pluripotenciu, to znamená schopnosť transformovať (diferencovať), ale tiež stráca schopnosť syntetizovať telomerázu. Telo teda umožňuje neurčito sa deliť iba určité skupiny buniek, pretože inak by sa riziko rakovinových nádorov mnohonásobne zvýšilo.
Embryonálne kmeňové bunky
Propagačné video:
Foto: Nissim Benvenisty / Wikimedia
Čo premieňa kmeňové bunky na normálne? Aj keď sa rovnaké gény nachádzajú vo všetkých bunkách tela, niektoré z nich sa dajú vypnúť v určitom type tkaniva. Napríklad v nervových tkanivách mozgu, ktorými prechádzajú elektrické impulzy, pracuje jedna sada génov a v ostrovčekoch Langerhansových ostrovčekov, ktoré sú v pankrease a produkujú inzulín, druhá. Systém vyššej úrovne pozostávajúci z epigenetických faktorov - molekúl, ktoré sa viažu na DNA a regulujú jej funkcie - zapína a vypína gény. Celý súbor faktorov spojených s dvojitou špirálou tvorí epigenóm a, prirodzene, je odlišný v každom type tkaniva.
Z toho vyplýva logický záver: ak chcete zmeniť bunku späť na kmeňovú bunku, musíte ju zmeniť epigenómom, inými slovami, preprogramovať ju. To sa dá dosiahnuť zavedením štyroch špecifických zlúčenín nazývaných Yamanaka faktory (OSKM - Oct4, Klf4, Sox2 a c-Myc). Podieľajú sa tiež na epigenetickej regulácii, udržiavajúc schopnosť diferenciácie buniek. Prvýkrát ich použil v roku 2006 japonský vedec Shinya Yamanaka, ktorý bol schopný transformovať fibroblasty na indukované kmeňové bunky (bunky iPS). Za tento účel bola v roku 2012 vedcovi udelená Nobelova cena.
Yamanaka skutočne omladzovala jednotlivé bunky ich preprogramovaním na epigenetickej úrovni a začatím procesu dediferencovania. Vynára sa otázka: je možné urobiť to isté s celým organizmom, aspoň s myšou? Problém je v tom, že týmto porušujeme zmluvu „nemalo by byť veľa kmeňových buniek“, pretože, ako už bolo uvedené, riziko rakoviny sa zvyšuje. Okrem toho nemá zmysel transformovať orgány a tkanivá na zhluky homogénnych buniek iPS - telo jednoducho zomrie. Ďalší problém spočíva v skutočnosti, že indukované kmeňové bunky sa môžu spontánne vyvinúť na teratómy (zo starogréckych τέρατος - „monštrum“) - nádory vo forme nedostatočne vyvinutých orgánov, ako sú zuby, oči alebo dokonca mozog.
Ukázalo sa však, že je celkom možné vyhnúť sa nádorom. Takže nemôžete zmeniť somatické bunky na kmeňové bunky, čo ich zbavuje ich funkčnosti, ale iba krátko aktivovať faktory Yamanaka, aby sa tkanivá mierne omladili. Vedci vytvorili transgénne myši, ktoré vložia kazetu so súborom následných génov kódujúcich OSKM do svojej DNA. Kazeta nazývaná polycistronická kazeta (cistron je rovnaká ako gén) sa zapína v prítomnosti polosyntetického antibiotického doxycyklínu. Tým sa vytvárajú faktory Yamanaka. Bez antibiotika sa preprogramovanie zastaví.
Telomeráza (zelené bodky) v pankrease GM myší
Foto: Maria A. Blasco / CNIO
Španielski vedci, ktorí študovali zmeny v teloméroch u preprogramovaných myší, sa rozhodli túto úlohu nekomplikovať. Na ich účely stačilo aktivovať polycistronickú kazetu a sledovať, čo sa deje s koncami chromozómov. Prítomnosť teratómov a dysplázií v živočíšnych tkanivách naznačovala, že preprogramovanie bolo úspešné.
Vedci zistili, že keď sa somatické bunky premenia na kmeňové teloméry, predlžujú sa. To je logické vzhľadom na to, že bunky iPS sa môžu deliť donekonečna. Vedci tiež zistili, že telomeráza v tom zohráva dôležitú úlohu.
Až doteraz genetici nemali dôkaz, že je možné indukovať endogénnu telomerázu v dospelom organizme pomocou epigenetických faktorov. Ale to sa presne deje. Zdá sa, že faktory Yamanaka menia génové kaskády a nakoniec aktivujú enzým predlžujúci teloméry.
Rakovinové bunky HeLa
Foto: Public Domain / Wikimedia
Podobný proces sprevádza nielen preprogramovanie somatických buniek, ale aj ich zhubnosť. Rakovinové bunky majú s kmeňovými bunkami veľa spoločného. Môže zdieľať donekonečna. Najznámejším príkladom sú „nesmrteľné“bunky HeLa. Boli izolovaní v roku 1951 z nádoru krčka maternice pacienta Henrietta Lacksovej, ktorý zomrel v tom istom roku, a stále sa používajú v mnohých pokusoch.
Rakovinové bunky sú tiež v podstate preprogramované somatické bunky. Podľa vedcov k podobným zmenám dochádza u telomérov. Preto štúdie s bunkami iPS odhalia podrobnosti molekulárnych procesov, ktoré sa vyskytujú počas tvorby nádorov.
Alexander Enikeev